FR2919960A1 - METHOD AND INSTALLATION FOR FRACTURE OF A COMPOSITE SUBSTRATE ACCORDING TO A FRAGILIZATION PLAN - Google Patents
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Abstract
L'invention concerne un procédé de fracture d'une structure composite (100) selon un plan de fragilisation défini entre deux couches, le procédé comprenant la réalisation d'une fracture de la structure le long du plan de fragilisation. Lors de la fracture, la structure composite est disposée dans un logement (120) de nacelle et maintenue en contact contre des raidisseurs (118) disposés de part et d'autre de la structure et alignés parallèlement l'un à l'autre.The invention relates to a method of fracturing a composite structure (100) according to an embrittlement plane defined between two layers, the method comprising producing a fracture of the structure along the embrittlement plane. During the fracture, the composite structure is disposed in a housing (120) nacelle and held in contact against stiffeners (118) arranged on either side of the structure and aligned parallel to each other.
Description
Arrière-plan de l'invention La présente invention se rapporte au domaineBACKGROUND OF THE INVENTION The present invention relates to the field
général de la fabrication de structures composites utilisées notamment pour l'épitaxie de matériaux du groupe III/N tels que le GaN, AIGaN, InGaN ou de matériaux du groupe III/V tels que GaAs ou de matériaux du groupe IV tels que le Germanium. Les domaines d'application de l'invention sont l'électronique, l'optique et l'optoélectronique. L'invention concerne plus précisément un procédé de fracture d'une structure composite selon un plan de fragilisation défini entre deux couches, le procédé comprenant la réalisation d'une fracture de la structure le long du plan de fragilisation. Les structures composites peuvent être fabriquées selon la technologie Smart Cut . Cette technologie permet de fabriquer une structure composite par report d'une couche mince sur un substrat support. Un exemple de mise en oeuvre de la technologie Smart Cut appliqué à la réalisation de plaques de SOI est notamment décrit dans le document US 5,374,564 ou dans l'article de A.J. Auberton-Hervé et al. intitulé Why can Smart-Cut Change the future of microelectronics ? , Int. Journal of High Speed Electronics and Systems, Vol.10, Nol, 2000, p.131-146. D'une manière générale, la technologie Smart Cut consiste à implanter des espèces ioniques sous une face du substrat donneur pour former un plan de fragilisation, à mettre en contact intime la face du substrat donneur soumise à l'implantation avec un substrat support, à effectuer un traitement thermique de stabilisation du collage, et à réaliser une fracture de la structure ainsi obtenue au niveau du plan de fragilisation pour transférer la partie de la structure située entre la surface soumise à l'implantation et le plan de fragilisation sur le substrat support. general manufacture of composite structures used in particular for the epitaxy of Group III / N materials such as GaN, AIGaN, InGaN or Group III / V materials such as GaAs or Group IV materials such as Germanium. The fields of application of the invention are electronics, optics and optoelectronics. The invention more specifically relates to a method of fracturing a composite structure according to an embrittlement plane defined between two layers, the method comprising producing a fracture of the structure along the embrittlement plane. Composite structures can be fabricated using Smart Cut technology. This technology makes it possible to manufacture a composite structure by transfer of a thin layer on a support substrate. An example of implementation of Smart Cut technology applied to the production of SOI plates is described in US 5,374,564 or in the article by A.J. Auberton-Hervé et al. Why Can Smart-Cut Change the Future of Microelectronics? , Int. Journal of High Speed Electronics and Systems, Vol.10, Nol, 2000, p.131-146. In general, the Smart Cut technology consists in implanting ionic species under one side of the donor substrate to form a weakening plane, bringing into intimate contact the face of the donor substrate subjected to implantation with a support substrate, performing a thermal stabilization treatment of the bonding, and performing a fracture of the structure thus obtained at the level of the weakening plane to transfer the part of the structure situated between the surface subjected to implantation and the weakening plane on the support substrate .
La fracture de la structure peut être réalisée par un recuit thermique à une température donnée et/ou par apport d'une énergie mécanique. La couche du substrat donneur délimitée entre le plan de fragilisation et la face qui a subi l'implantation est ainsi reportée sur le substrat support. La couche restante du substrat donneur, appelée le négatif , 35 est recyclée après polissage et nettoyage de sa surface pour être utilisée à nouveau comme substrat donneur dans un nouveau transfert de couche mince. Le substrat donneur nécessite une fabrication particulière pour présenter une faible densité de défauts. Il est donc particulièrement coûteux. Aussi, le recyclage du négatif est particulièrement important pour diminuer les coûts de fabrication. Or, lors de l'utilisation de substrats donneurs en matériau dur et cassant (tel que le GaN, le SiC) ou en matériau très fragile (tel que le germanium ou le silicium), la fracture de structures disposées à l'horizontale ou à la verticale peut conduire à la casse de 80% des négatifs. Au moment de la fracture, l'énergie libérée, qui peut être localement très forte, peut en effet provoquer la casse des négatifs. Il existe différentes solutions pour améliorer le transfert de couche mince par fracture dans un substrat. Fracture of the structure can be achieved by thermal annealing at a given temperature and / or by supplying mechanical energy. The layer of the donor substrate defined between the embrittlement plane and the face which has undergone implantation is thus transferred to the support substrate. The remaining layer of the donor substrate, referred to as the negative, is recycled after polishing and surface cleaning to be used again as a donor substrate in a new thin film transfer. The donor substrate requires special manufacture to have a low defect density. It is therefore particularly expensive. Also, the recycling of the negative is particularly important to reduce manufacturing costs. However, when using donor substrates of hard and brittle material (such as GaN, SiC) or very brittle material (such as germanium or silicon), the fracture of structures arranged horizontally or at the vertical can lead to the breakage of 80% of the negatives. At the time of the fracture, the energy released, which can be locally very strong, can indeed cause the breakage of the negatives. There are different solutions for improving the thin-layer transfer by fracture in a substrate.
L'une de ces solutions connues est décrite dans le document WO 2006/093817. Elle prévoit de réduire la formation de défauts (bullages, fissures, fractures) dans la couche transférée qui apparaissent lors de l'application de l'énergie de fracture. A cet effet, ce document propose la fixation par un procédé de collage d'un substrat formant un raidisseur sur la face arrière du substrat support ou donneur. Une autre solution connue et décrite dans le document US 6,858,517 s'applique plus particulièrement au transfert d'une couche mince à partir d'un substrat donneur fragilisé sur un substrat support dont le coefficient de dilatation thermique est différent de celui du substrat donneur. Pour réduire les risques de casse de la couche transférée, ce document prévoit de coller un substrat formant un raidisseur sur le substrat support ou donneur, le substrat raidisseur ayant un coefficient de dilatation thermique proche de celui du substrat sur lequel il est collé. Encore une autre solution connue est décrite dans le document US 6,884,697. Celle-ci vise à obtenir une rugosité homogène sur l'ensemble de la surface des couches obtenues. Pour cela, le substrat donneur fragilisé est placé à l'horizontal dans le four permettant le recuit thermique de fracture et des moyens de préhension sont prévus pour la manutention à l'horizontale des couches afin d'éviter tout mouvement d'une couche l'une sur l'autre qui pourrait engendrer la formation de rayures. One of these known solutions is described in WO 2006/093817. It plans to reduce the formation of defects (bubbles, cracks, fractures) in the transferred layer that appear during the application of the fracture energy. For this purpose, this document proposes the fixing by a bonding method of a substrate forming a stiffener on the rear face of the support substrate or donor. Another solution known and described in document US Pat. No. 6,858,517 applies more particularly to the transfer of a thin layer from a weakened donor substrate to a support substrate whose thermal expansion coefficient is different from that of the donor substrate. To reduce the risk of breakage of the transferred layer, this document provides for bonding a substrate forming a stiffener on the support substrate or donor, the stiffening substrate having a coefficient of thermal expansion close to that of the substrate on which it is bonded. Yet another known solution is described in US 6,884,697. This aims to obtain a uniform roughness over the entire surface of the layers obtained. For this, the weakened donor substrate is placed horizontally in the oven for thermal fracture annealing and gripping means are provided for the horizontal handling of the layers to prevent any movement of a layer. one on the other which could cause the formation of scratches.
Bien que satisfaisantes pour améliorer le transfert de la couche mince par fracture, ces solutions ne permettent toutefois pas de réduire les risques de casse de la couche restante du substrat donneur (le négatif) obtenue lors de la fracture. Although satisfactory for improving the transfer of the thin layer by fracture, these solutions do not however reduce the risk of breakage of the remaining layer of the donor substrate (the negative) obtained during the fracture.
Objet et résumé de l'invention La présente invention vise à remédier aux inconvénients précités en proposant un procédé permettant de limiter considérablement le nombre de casses des négatifs lors de la fracture. OBJECT AND SUMMARY OF THE INVENTION The present invention aims at remedying the aforementioned drawbacks by proposing a method making it possible to considerably limit the number of breakages of the negatives during the fracture.
Ce but est atteint grâce à un procédé de fracture d'une structure composite selon un plan de fragilisation défini entre deux couches, le procédé comprenant la réalisation d'une fracture de la structure le long du plan de fragilisation, caractérisé en ce que lors de la fracture la structure est maintenue en contact contre des raidisseurs disposés de part et d'autre de la structure. La présence de raidisseurs de part et d'autre de la structure permet d'assurer le maintien des différents matériaux de la structure dans un contact dit maintenu au moment de la libération d'énergie lors de la fracture (par opposition à un contact dit relâché ). Lors de la fracture, l'énergie libérée est amortie par les raidisseurs en contact maintenu avec la structure si bien que l'onde de choc est absorbée, ce qui permet de limiter considérablement les risques de casse du négatif. Selon une disposition avantageuse, on place la structure composite entre deux raidisseurs, l'espacement cumulé entre chaque raidisseur et la structure étant maintenu inférieur à 500 micromètres lors de la fracture. Selon une autre disposition avantageuse, les raidisseurs ont un diamètre qui est au minimum inférieur de 50% au diamètre de la structure composite. This object is achieved by a method of fracturing a composite structure according to an embrittlement plane defined between two layers, the method comprising the production of a fracture of the structure along the embrittlement plane, characterized in that when the fracture structure is maintained in contact against stiffeners arranged on either side of the structure. The presence of stiffeners on either side of the structure makes it possible to maintain the different materials of the structure in a so-called contact maintained at the time of release of energy during the fracture (as opposed to a so-called relaxed contact). ). During the fracture, the released energy is damped by the stiffeners in contact with the structure maintained so that the shock wave is absorbed, which significantly reduces the risk of breakage of the negative. According to an advantageous arrangement, the composite structure is placed between two stiffeners, the cumulative spacing between each stiffener and the structure being kept below 500 micrometers during the fracture. According to another advantageous arrangement, the stiffeners have a diameter which is at least 50% smaller than the diameter of the composite structure.
Lors de la fracture, la structure composite peut être disposée sensiblement verticalement ou sensiblement horizontalement. Le plan de fragilisation de la structure composite peut être formé par implantation ionique et la fracture réalisée par un recuit thermique de la plaque. Dans ce cas, la présence de raidisseurs de part et d'autre de la structure selon l'invention conduit à réduire davantage les risques de casse du négatif. During the fracture, the composite structure can be arranged substantially vertically or substantially horizontally. The weakening plane of the composite structure can be formed by ion implantation and the fracture achieved by thermal annealing of the plate. In this case, the presence of stiffeners on either side of the structure according to the invention leads to further reducing the risks of breaking the negative.
En effet, il est connu que l'implantation d'espèces ioniques dans la structure composite créée des microcavités dans le matériau qui forment une zone fragilisée. Ces microcavités se développent lors de l'application du budget thermique de recuit jusqu'à conduire à la fracture du matériau le long du plan de fragilisation. Or, lorsque la structure fragilisée comporte des matériaux ayant des coefficients de dilatation thermique différents, tels le germanium sur silicium, le silicium sur le quartz, GaAs ou InP sur silicium, ces matériaux se dilatent de manière différente lors de l'application du budget thermique et la structure forme une flèche si ses surfaces ne sont pas maintenues. L'énergie libérée au moment de la fracture, qui peut être localement très forte, peut alors provoquer la casse du négatif. En revanche, en présence de raidisseurs, cette énergie est contenue ou redistribuée si bien que l'onde de choc résultante est absorbée, ce qui évite la casse du négatif. Indeed, it is known that the implantation of ionic species in the composite structure creates microcavities in the material which form a weakened zone. These microcavities develop during the application of the thermal annealing budget until leading to the fracture of the material along the embrittlement plane. However, when the embrittled structure comprises materials having different thermal expansion coefficients, such as germanium on silicon, silicon on quartz, GaAs or InP on silicon, these materials expand in a different way when the thermal budget is applied. and the structure forms an arrow if its surfaces are not maintained. The energy released at the time of the fracture, which can be locally very strong, can then cause the breakage of the negative. On the other hand, in the presence of stiffeners, this energy is contained or redistributed so that the resulting shock wave is absorbed, which avoids the breakage of the negative.
De plus, le maintien de la structure en contact maintenu permet d'induire le développement des microcavités dans la direction du plan de fragilisation et de minimiser leur développement dans la direction de l'épaisseur de la structure. La pression résultante est ainsi diminuée dans le sens de l'épaisseur de la structure et la contrainte est uniforme sur l'ensemble de la zone fragilisée diminuant ainsi les points de compression locaux. La structure composite peut être constituée de deux substrats ayant des coefficients de dilatation thermique différents et peut être réalisée par un assemblage l'un contre l'autre de deux substrats, l'un des deux substrats comportant un plan de fragilisation. L'invention a également pour objet un logement pour nacelle d'installation de recuit thermique d'une structure composite à fracturer, le logement étant apte à recevoir une structure composite à fracturer selon un plan de fragilisation défini entre deux couches, caractérisé en ce qu'il comporte en outre deux éléments raidisseurs espacés l'un de l'autre et alignés parallèlement l'un à l'autre, l'espacement cumulé entre chaque élément raidisseur et la structure composite étant inférieur à 500 micromètres. L'invention a encore pour objet une installation de recuit thermique d'une structure composite à fracturer selon un plan de fragilisation défini entre deux couches, l'installation comportant un four et une nacelle apte à recevoir une pluralité de structures composites, chaque structure composite étant placée dans un logement tel que défini précédemment. In addition, maintaining the structure in maintained contact makes it possible to induce the development of the microcavities in the direction of the embrittlement plane and to minimize their development in the direction of the thickness of the structure. The resulting pressure is thus reduced in the direction of the thickness of the structure and the stress is uniform over the entire weakened zone thus reducing local compression points. The composite structure can consist of two substrates having different thermal expansion coefficients and can be achieved by an assembly against each other of two substrates, one of the two substrates having an embrittlement plane. The subject of the invention is also a housing for a nacelle for thermal annealing of a composite structure to be fractured, the housing being able to receive a composite structure to be fractured according to an embrittlement plane defined between two layers, characterized in that it further comprises two stiffening elements spaced from each other and aligned parallel to each other, the cumulative spacing between each stiffening element and the composite structure being less than 500 micrometers. The invention also relates to a thermal annealing installation of a composite structure to be fractured according to an embrittlement plane defined between two layers, the installation comprising an oven and a nacelle adapted to receive a plurality of composite structures, each composite structure being placed in a housing as defined above.
Brève description des dessins D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention ressortiront de la description faite ci-dessous, en référence aux dessins annexés qui en illustrent un exemple de réalisation dépourvu de tout caractère limitatif. Sur les figures : - les figures 1A à 1C sont des vues schématiques en coupe montrant une technique connue de couche sur un substrat, par procédé de fracture de substrat ; - la figure 2 montre une installation pour la mise en oeuvre d'un procédé selon l'invention ; et - la figure 3 est une loupe de la figure 2. BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS Other features and advantages of the present invention will emerge from the description given below, with reference to the accompanying drawings which illustrate an embodiment having no limiting character. In the figures: - Figures 1A to 1C are schematic sectional views showing a known layer technique on a substrate, substrate fracture process; FIG. 2 shows an installation for carrying out a method according to the invention; and - Figure 3 is a magnifying glass of Figure 2.
Description détaillée de modes de réalisation Les figures 1A à 1C représentent un exemple de fabrication d'une couche sur un substrat selon la technologie connue Smart Cut . DETAILED DESCRIPTION OF EMBODIMENTS FIGS. 1A-1C show an example of manufacturing a layer on a substrate according to known Smart Cut technology.
Sur la figure 1A, la référence 10 désigne un substrat donneur (ou source) d'une structure composite. Le substrat donneur peut par exemple être une plaque de GaN. Selon une première étape, une implantation ionique est réalisée dans le substrat donneur 10. L'implantation correspond à un bombardement ionique de la face plane 12 du substrat donneur par des espèces ioniques telles que des ions d'hydrogène et/ou d'hélium par exemple (le bombardement est représenté par des flèches sur la figure 1A). La nature des espèces implantées, les doses et énergies d'implantation sont choisies en fonction de l'épaisseur de la couche que l'on souhaite transférer et des propriétés physico-chimiques du substrat implanté. Les ions implantés ont pour but de former un plan de fragilisation 14 délimitant une couche mince 16 à transférer qui est située du côté de la face plane 12 qui a subi une implantation et une autre couche 18 formant le reste du substrat et appelée le négatif. In FIG. 1A, reference numeral 10 denotes a donor substrate (or source) of a composite structure. The donor substrate may for example be a GaN plate. According to a first step, an ion implantation is carried out in the donor substrate 10. The implantation corresponds to an ionic bombardment of the plane face 12 of the donor substrate by ionic species such as hydrogen and / or helium ions by example (the bombardment is represented by arrows in Figure 1A). The nature of the implanted species, the doses and implantation energies are chosen according to the thickness of the layer that it is desired to transfer and the physicochemical properties of the implanted substrate. The implanted ions are intended to form a weakening plane 14 delimiting a thin layer 16 to be transferred which is located on the side of the planar face 12 which has been implanted and another layer 18 forming the remainder of the substrate and called the negative.
De façon optionnelle, l'implantation ionique peut être réalisée au travers d'une couche additionnelle formée sur la face plane 12 du substrat donneur (par exemple SiO2) de façon à éviter les contaminations de surface. Optionally, the ion implantation can be carried out through an additional layer formed on the flat face 12 of the donor substrate (for example SiO 2) so as to avoid surface contamination.
L'étape suivante consiste à coller la face plane 12 de la couche mince 16 à transférer avec une face 22 d'un substrat support (ou récepteur) 20. Dans le cas d'un substrat donneur en GaN, le substrat support peut par exemple être une plaque de saphir. Le substrat donneur 10 et le substrat support 20 peuvent présenter des coefficients de dilatation thermique différents. De façon connue en soi, l'étape de collage correspond à la mise en contact intime du substrat donneur 10 avec le substrat support 20 par adhésion moléculaire et/ou collage électrostatique, cette étape de collage étant suivie d'un traitement thermique de stabilisation du collage. The following step consists in bonding the plane face 12 of the thin layer 16 to be transferred with a face 22 of a support (or receiver) substrate 20. In the case of a GaN donor substrate, the support substrate may for example to be a sapphire plate. The donor substrate 10 and the support substrate 20 may have different coefficients of thermal expansion. In a manner known per se, the bonding step corresponds to the intimate contact of the donor substrate 10 with the support substrate 20 by molecular adhesion and / or electrostatic bonding, this bonding step being followed by a thermal stabilization treatment of the substrate. bonding.
La figure 1B représente les deux substrats associés, la face plane 22 du substrat support 20 adhérant à la face plane 12 du substrat donneur 10. Par ailleurs, il est parfois nécessaire de déposer une couche de collage et/ou une couche d'accrochage (par exemple en SiO2 et/ou Si3N4) sur au moins un des deux substrats avant leur mise en contact pour améliorer le collage et le maintien sur la structure composite. Dans une dernière étape dite de fracture, un budget thermique est appliqué à la structure ainsi obtenue pour détacher la couche mince 16 par fracture au niveau du plan de fragilisation 14 formé dans le substrat donneur 10 et obtenir le transfert de cette couche mince 16 sur le substrat support 20. Cette étape de fracture consiste par exemple à appliquer à l'ensemble un recuit thermique dans une gamme de température de l'ordre de 80 C à 500 C pour permettre le transfert de la couche mince 16 sur le substrat support. Suite à cette étape de détachement, on obtient la structure 23 qui est représentée à la figure 1C. La rugosité de la face externe 24 de cette structure 23 peut éventuellement être réduite par polissage et la surface préparée pour une utilisation ultérieure telle que pour l'épitaxie. FIG. 1B represents the two associated substrates, the plane face 22 of the support substrate 20 adhering to the flat face 12 of the donor substrate 10. Moreover, it is sometimes necessary to deposit a bonding layer and / or a bonding layer ( for example SiO2 and / or Si3N4) on at least one of the two substrates before they come into contact to improve the bonding and the maintenance on the composite structure. In a last so-called fracture step, a thermal budget is applied to the structure thus obtained to detach the thin layer 16 by fracture at the weakening plane 14 formed in the donor substrate 10 and obtain the transfer of this thin layer 16 to the support substrate 20. This fracture step consists for example of applying to the assembly a thermal annealing in a temperature range of about 80 C to 500 C to allow the transfer of the thin layer 16 on the support substrate. Following this detachment step, structure 23 is obtained which is shown in FIG. 1C. The roughness of the outer face 24 of this structure 23 may optionally be reduced by polishing and the surface prepared for further use such as for epitaxy.
La couche restante 26 du substrat donneur, dénommée négatif, est recyclée après polissage et nettoyage de sa surface pour être utilisée à nouveau comme substrat donneur dans un nouveau transfert de couche mince. The remaining layer 26 of the donor substrate, called negative, is recycled after polishing and cleaning of its surface to be used again as a donor substrate in a new thin film transfer.
Afin de limiter les risques de casse du négatif lors de l'étape de fracture de la structure obtenue par collage du substrat donneur 10 sur le substrat support 20, il est prévu, selon l'invention, de maintenir lors de cette étape la structure en contact contre des raidisseurs disposés de part et d'autre de la structure. In order to limit the risk of breakage of the negative during the fracture step of the structure obtained by bonding the donor substrate 10 to the support substrate 20, it is provided, according to the invention, to maintain during this step the structure of contact against stiffeners arranged on both sides of the structure.
Par contact maintenu lors de la fracture, on entend un maintien de la structure dans un espacement très limité pendant cette étape. Il est à noter que ce contact maintenu ne consiste ni à coller ni à fixer sur quelle que forme que ce soit les raidisseurs sur la structure. La figure 2 représente un exemple d'installation de mise en 15 oeuvre d'un tel procédé de fracture appliqué à un recuit thermique de fracture pour des structures disposées à la verticale. Les recuits thermiques de fracture sont classiquement mis en oeuvre dans des fours de recuits pouvant traiter simultanément plusieurs structures composites. 20 La figure 2 montre ainsi une pluralité de structures composites 100 à fracturer disposées dans un réceptacle 102 tel qu'une nacelle en saphir ou quartz par exemple, les structures composites étant alignées parallèlement les unes aux autres. La nacelle 102 est elle-même placée sur une pelle 104 fixée à 25 une porte 106 d'obturation de la gueule du four. L'ensemble 108 formé par la nacelle 102, la pelle 104 et la porte 106 est mobile par rapport à une structure de four 110 qui comprend une tube de process en quartz 112 autour duquel est enroulé un élément chauffant 114. Une canne pyrométrique 116 équipée de thermocouples 30 est également prévue. Le four de la figure 2 est représenté en position ouverte. En position fermée, l'ensemble 108 est engagé dans la structure de four 110, la porte 106 obstruant la gueule du four. La figure 3 représente plus en détails une partie de la nacelle 35 102 dans laquelle sont disposées les structures composites 100. By maintained contact during the fracture means a maintenance of the structure in a very limited spacing during this step. It should be noted that this maintained contact does not consist of gluing or fixing on any shape whatsoever the stiffeners on the structure. FIG. 2 represents an exemplary installation for implementing such a fracture method applied to thermal fracture annealing for vertically disposed structures. Thermal fracture anneals are conventionally used in annealing furnaces that can simultaneously process several composite structures. FIG. 2 thus shows a plurality of composite structures 100 to be fractured disposed in a receptacle 102 such as a sapphire or quartz nacelle for example, the composite structures being aligned parallel to one another. The nacelle 102 is itself placed on a shovel 104 attached to a door 106 for closing the mouth of the oven. The assembly 108 formed by the nacelle 102, the shovel 104 and the door 106 is movable relative to a furnace structure 110 which comprises a quartz process tube 112 around which is wound a heating element 114. A pyrometric rod 116 equipped thermocouples 30 is also provided. The oven of Figure 2 is shown in the open position. In the closed position, the assembly 108 is engaged in the furnace structure 110, the door 106 obstructing the mouth of the furnace. FIG. 3 shows in more detail a part of the nacelle 102 in which the composite structures 100 are arranged.
La nacelle comporte une pluralité d'éléments raidisseurs 118 disposés à la verticale et alignés parallèlement les uns aux autres, l'espacement entre deux éléments raidisseurs adjacents formant un logement 120 dans lequel est disposé une structure composite 100 à fracturer. L'espacement défini entre les différents éléments raidisseurs 118 de la nacelle est réglable de sorte que l'on peut choisir l'épaisseur de chacun des logements 120. Les éléments raidisseurs 118 qui viennent en appui contre les 10 faces de la structure composite à fracturer sont des parois en saphir, quartz ou tout autre matériau constitutif de la nacelle. Comme le coefficient de dilatation thermique des éléments raidisseurs n'est pas prépondérant dans le mécanisme d'absorption de l'énergie libérée au moment de la fracture, les matériaux de ces éléments 15 ne sont choisis que pour être suffisamment résistants mécaniquement face à l'énergie libérée lors du recuit thermique. Le diamètre de ces raidisseurs peut être supérieur à celui de la structure composite à fracturer et il est au minimum inférieur de 50% - et de préférence au minimum inférieur de 5% - au diamètre de la structure 20 composite. L'espacement entre les raidisseurs est calculé en fonction de l'épaisseur de la structure à fracturer 100 de sorte que l'espacement cumulé entre chaque raidisseur et la structure est maintenu inférieur à 500 micromètres lors du recuit de fracture (sur la figure 3, l'espacement 25 cumulé est représenté par l'addition des espacements el et e2). De manière générale, l'espacement cumulé entre les raidisseurs et la structure composite à fracturer est régulé en fonction du diamètre de la structure et de la différence de coefficient de dilatation thermique entre les substrats constituants la structure (ces paramètres influencent en effet 30 la formation et l'intensité de la flèche dans la structure lors de l'application du budget thermique). Selon un exemple, une structure composite à fracturer d'un diamètre de deux pouces (soit 5,08 cm) constituée d'une plaque de GaN fragilisée et collée sur une plaque de saphir est insérée dans un logement 35 120 dont les éléments raidisseurs 118 sont espacés de façon à laisser un espacement cumulé de 320 micromètres lors du recuit de fracture. The nacelle comprises a plurality of stiffening elements 118 arranged vertically and aligned parallel to each other, the spacing between two adjacent stiffening elements forming a housing 120 in which is disposed a composite structure 100 to be fractured. The spacing defined between the different stiffening elements 118 of the nacelle is adjustable so that the thickness of each of the housings 120 can be chosen. The stiffening elements 118 which bear against the faces of the composite structure to be fractured are walls in sapphire, quartz or any other material constituting the nacelle. Since the coefficient of thermal expansion of the stiffening elements is not preponderant in the mechanism of absorption of the energy released at the time of the fracture, the materials of these elements are chosen only to be sufficiently resistant mechanically to the energy released during thermal annealing. The diameter of these stiffeners may be greater than that of the composite structure to be fractured and is at least 50% less, and preferably at least 5% smaller, than the diameter of the composite structure. The spacing between the stiffeners is calculated as a function of the thickness of the structure to be fractured 100 so that the cumulative spacing between each stiffener and the structure is kept below 500 micrometers during fracture annealing (in FIG. the cumulative spacing is represented by the addition of the spacings e1 and e2). In general, the cumulative spacing between the stiffeners and the composite structure to be fractured is regulated as a function of the diameter of the structure and the difference in coefficient of thermal expansion between the substrates constituting the structure (these parameters in fact influence the formation and the intensity of the arrow in the structure when applying the thermal budget). In one example, a two inch (5.08 cm) diameter composite fracture structure consisting of a weakened GaN plate adhered to a sapphire plate is inserted into a housing 120 whose stiffening elements 118 are spaced so as to leave a cumulative spacing of 320 micrometers during fracture annealing.
Des essais réalisés avec une telle configuration ont permis de montrer que le nombre de casses des négatifs lors de la fracture peut être réduit de 80% à 10%. Des résultats similaires ont été obtenus avec une configuration semblable dans laquelle l'espacement cumulé était de 330 micromètres. Par ailleurs, la casse de négatifs est réduite avec des structures composites disposées aussi bien verticalement (figure 3) que horizontalement (non représenté sur les figures). En outre, avec une telle nacelle 102, les éléments raidisseurs 118 et les structures composites 100 sont maintenus grâce à des barreaux de maintien (non représentés sur les figures). Dans une variante de réalisation, les barreaux de la nacelle pourraient comporter des encoches de maintien des éléments raidisseurs et des structures composites. On décrira maintenant un exemple de réalisation du procédé selon l'invention. Le substrat donneur est une plaque de GaN ayant un plan de fragilisation formé par implantation d'ions H+ avec une énergie de 30 à 250 keV et une dose de l'ordre de 1017 at/cm2. Le substrat support est une plaque en saphir. Tests conducted with such a configuration have shown that the number of fracture breaks during the fracture can be reduced from 80% to 10%. Similar results were obtained with a similar configuration in which the cumulative spacing was 330 micrometers. Moreover, the case of negatives is reduced with composite structures arranged both vertically (Figure 3) and horizontally (not shown in the figures). In addition, with such a nacelle 102, the stiffening elements 118 and the composite structures 100 are maintained by means of holding bars (not shown in the figures). In an alternative embodiment, the bars of the nacelle could comprise notches for maintaining the stiffening elements and composite structures. An example embodiment of the method according to the invention will now be described. The donor substrate is a GaN plate having an embrittlement plane formed by implantation of H + ions with an energy of 30 to 250 keV and a dose of the order of 1017 at / cm 2. The support substrate is a sapphire plate.
Une couche de collage telle que du SiO2 est déposée et préparée sur la face du substrat donneur et/ou du substrat support pour le collage des substrats. Le collage est activé par plasma et les deux substrats mis en contact intime par collage hydrophile. La structure d'un diamètre de deux pouces (soit 5,08 cm) ainsi obtenue est placée dans un logement de la nacelle d'un four de recuit thermique tel que décrit précédemment entre deux raidisseurs formés dans du quartz (ou tout autre matériau équivalent qui est suffisamment résistant mécaniquement). L'espacement cumulé entre chaque raidisseur et la structure est de 320 micromètres. A bonding layer such as SiO 2 is deposited and prepared on the face of the donor substrate and / or the support substrate for bonding the substrates. The bonding is activated by plasma and the two substrates brought into intimate contact by hydrophilic bonding. The structure of a diameter of two inches (5.08 cm) thus obtained is placed in a housing of the nacelle of a thermal annealing furnace as previously described between two stiffeners formed in quartz (or any other equivalent material which is mechanically strong enough). The cumulative spacing between each stiffener and the structure is 320 micrometers.
La structure ainsi positionnée dans le four est soumise à une rampe de température jusqu'à 500 C environ pour renforcer le collage des substrats et réaliser le recuit de fracture. Après retour à une température ambiante, le négatif et le substrat constitué d'une couche mince de GaN sur un support en saphir sont récupérés intacts par des moyens de préhension adaptés. En particulier, le négatif est parfaitement intact et peut être réutilisé après recyclage. The structure thus positioned in the furnace is subjected to a temperature ramp up to about 500 ° C to reinforce the bonding of the substrates and perform the fracture annealing. After returning to ambient temperature, the negative and the substrate consisting of a thin layer of GaN on a sapphire support are recovered intact by suitable gripping means. In particular, the negative is perfectly intact and can be reused after recycling.
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